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1、实验四 RC一阶电路的响应测试,一、实验目的 1、学习由实验曲线求一阶电路时间常数的测定方法 2、掌握RC电路在方波激励下响应的规律和特点 3、掌握用示波器观察和分析电路的响应,并测绘图 形。,二、实验设备,DDS函数信号发生器 TFG1005 一台 数字存储式示波器 DS1042CH 一台 DL2实验电路板 一台,三、实验原理,1、RC一阶电路的零输入响应和零状态响应 RC一阶充放电电路如图下图所示,开关K由触点2扳到触点1时电路产生零状态响应, K由触点1扳到触点2时电路产生零输入响应,零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长,其变化的快慢决定于电路的时间常数。,RC电路的零输入响应
2、-放电,RC电路的零状态响应-充电,E,R,C,1,S(,t,=0),u,C,u,E,t,0,1,2,u,E,R,C,1,S(,t,=0),u,C,u,E,t,0,1,2,u,2、时间常数的测定方法,对于以上所示电路,用示波器测得零输入响应的波形,根据一阶微分方程的求解得: 当:t =时,uC()= 0.368E 所以零输入波形下降到0.368E时,所对应的就等于时间常数。 同理,亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应时间测得。,3、动态网络过渡过程的观察 对于RC电路的方波响应,在电路的时间常数远小于方波周期T( =RCT)时,可以视为零状态响应和零输入响应的多次过程,和直流电源多次接
3、通与断开的过渡过程是基本相同的。 方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入,其响应就是零状态响应, 方波的后沿相当于在电容具有初始值uC(0_)时把电源用短路置换,电路响应转换为零输入响应。 为了清楚地观察到响应的全过程,可使方波的半周期和时间常数RC保持在5:1左右的关系: T/2 : = 5:1 。,4、积分电路和微分电路 微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路,它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。 一个简单的RC串联电路,在方波序列脉冲的重复激励下,当满足 = RC T/2时(T为方波脉冲的重复周期),且由C端作为响应输出,就构成了一个积分电路:,积分电路及波形,将上图中的
4、R与C位置调换一下,即由R端作为响应输出,且当电路参数的选择满足条件 = RC T/2时,就构成微分电路:,微分电路及波形,四、实验内容 1、观察RC电路在方波激励下的零状态响应和零输入响应,测定时间常数。 参照原理设计一个RC充放电实验电路,要求方波电压信号Um=3V,f=1KHz,选择线路板上R、C元件,使方波的半周期和时间常数RC保持在51左右的关系。 将激励源ui和响应uC的信号分别连至示波器的两个输入口CH1和CH2,这时可在示波器的显示屏上观察到激励与响应的变化规律,根据零状态响应或零输入响应波形,测算时间常数,自拟记录数据的表格和描绘ui及uC波形的图表。,2、观察积分电路激励与
5、响应 参照原理图设计一个RC积分电路,要求输入方波电压信号Um=3V,f=1KHz,观察描绘响应波形,并定性观察C增大至C1、C2、C3时,对响应的影响。自拟实验电路图(包括元件参数)、实验步骤、记录实验现象的表格、描绘ui及uC波形的图表。 3、观察微分电路激励与响应 参照原理图设计一个RC微分电路,要求输入方波电压信号Um=3V,f=1kHz,观察描绘响应波形,并定性观察R增减至R1、R2、R3时,对响应的影响。自拟实验电路图(包括元件参数)、实验步骤、记录实验现象的表格、描绘ui及uR波形的图表。,五、实验注意事项 1、示波器的辉度调节要适中。 2、调节仪器旋钮时,动作要轻。 3、观察示波器波形时,按下AUTO键以使波形稳定显示。 4、由于示波器和信号发生器的公共地线必须接在一起,并要与实验板上的公共接地端子相连,因此在实验中,改变观测对象(R或C)时,注意信号发生器连线与示波器探头位置应作相应改变。,六、实验报告要求 根据实验观测结果,由曲线求得值、画出曲线,并与由R、C参数值计算所得值结果作比较,分析误差原因; 上下对应画出积分电路方波激励ui和输出uC 、微分电路方波激励ui和输出uR的波形曲线。,
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